Основными факторами, которые могут привести к неудачной установке имплантата, являются инфекция, микропереломы и хирургические процедуры. Из них резорбция кости вокруг материала имплантата является одной из основных причин отказа имплантата. Асептическое расшатывание в настоящее время считается наиболее важной причиной неудач, составляя 20% неудач. Асептическое расшатывание происходит, когда кость на границе имплантата и кости разрушается, растворяется и рассасывается, что приводит к расшатыванию и потере имплантата. На сегодняшний день патофизиологический механизм остеолиза металлических имплантатов изучен недостаточно хорошо. Многие исследования показали, что периимплантатная резорбция кости происходит из-за повышенной активности остеокластов и сниженной способности остеобластов к костеобразованию. Bauer и Purdue PE, среди прочих, обнаружили, что большое количество частиц обломков износа в микросреде вокруг интерфейса кость-имплантат в результате длительного ношения имплантата вызвало ряд воспалительных реакций и резорбцию кости, в основном из-за активации макрофагов, которые фагоцитировали частицы износа и произвели ряд регуляторных медиаторов, ведущих к производству зрелых остеокластов. Явление и механизм резорбции кости под воздействием частиц износа широко признаны, однако было также высказано предположение, что помимо частиц износа потенциальную роль в асептическом расшатывании играют ионы металла, высвобождаемые с поверхности имплантата и в результате биоэрозии поверхности частиц износа. Хотя широко используемые титан и его сплавы биосовместимы и устойчивы к коррозии, титан не является абсолютно безопасным для человеческого организма. Сразу после имплантации имплантат окружен слоем внеклеточных жидкостей и белков и подвергается многократному износу внешними силами в течение длительного периода времени в сложной жидкой среде организма, что приводит к образованию частиц износа на поверхности титанового имплантата и высвобождению ионов титана. Несколько исследований показали, что высокие концентрации ионов титана были обнаружены в тканях, окружающих титановые имплантаты, даже в жидкостях организма пациентов после титановой артропластики и в отдаленных органах (включая печень, селезенку и лимфатические узлы). Появляется все больше доказательств того, что высвобождение ионов металла вокруг имплантатов является основной причиной асептического расшатывания имплантатов. Высвобождение ионов титана Хотя чистый титан в целом обладает хорошими механическими свойствами и высокой устойчивостью к коррозии, в мягких и твердых тканях вокруг титановых имплантатов во время вторичной хирургии могут наблюдаться пигментация и гранулемы из-за свободного потока ионов титана. В моче присутствует большое количество ионов титана, но выделение титана после установки зубных имплантатов невелико, и никакие исследования пока не выявили высоких концентраций ионов титана в удаленных участках. О высвобождении ионов титана вокруг титановых имплантатов впервые сообщил Фергюсон в 1960 году, и концентрация ионов титана в окружающей ткани была в 20 раз выше, чем в нормальной ткани, и составляла 11,4 — 13,1 ppm через 4-6 месяцев после имплантации. Bianco и др. изучали высвобождение ионов титана вокруг титановых имплантатов в отсутствие частиц износа и показали, что происходило локальное накопление ионов титана и что концентрация ионов титана увеличивалась со временем. Результаты показали, что имело место локальное накопление ионов титана и что концентрация ионов титана увеличивалась со временем, но не было широко распространенного отдаленного распространения, и что высвобождение ионов титана в клинической практике было результатом совместного воздействия имплантата и частиц износа. Кроме того, Mu Y и др. показали, что высвобождение ионов титана через 48 часов после установки имплантата в основном связано с хирургической травмой и растворением частиц износа. Даже без присутствия частиц износа, ионы титана все равно высвобождаются. Her-Hsiung Huang и др. обнаружили, что титановые имплантаты с азотированной поверхностью выделяют значительно меньше ионов титана, чем необработанные, и что это влияет на адгезию клеток. В целом, количество ионов титана, высвобождаемых из тканей, окружающих титановые имплантаты, связано с количеством имплантатов, типом сплава, объемом, размером, морфологией поверхности, методом лечения, а также с окружающими жидкостями организма, метаболизмом организма и внешними стрессами, независимо от шероховатости поверхности. Влияние на остеогенез Стромальные клетки костного мозга являются стволовыми клетками с разнонаправленным потенциалом дифференцировки. Они могут дифференцироваться в остеобласты под действием витамина С, дексаметазона и β-глицерофосфата и экспрессировать маркерные белки остеобластов, такие как щелочная фосфатаза (ALP), коллаген I типа и остеокальцин (OCN). Thompson GJ et al. наблюдали за влиянием несмертельных доз ионов металлов на стромальные клетки костного мозга и обнаружили, что хотя несмертельные дозы ионов титана не влияли на пролиферацию клеток, они почти полностью подавляли секрецию OCN и минерализацию матрикса, предполагая, что ионы титана препятствуют дифференциации стромальных клеток костного мозга в остеобласты, тем самым влияя на формирование кости. Дальнейшие исследования показали, что ионы металлов, высвобождаемые с поверхности имплантата, играют роль в асептическом расшатывании суставов и имплантатов, и что несмертельные дозы сплава Ti-6Al-4V высвобождают ионы, которые ингибируют экспрессию фенотипа остеобластов и отложение минерализованного матрикса, значительно подавляя синтез остеокальцина, что позволяет предположить, что ионы, высвобождаемые из имплантатов, могут способствовать периимплантатной резорбции кости. Liao H [20] и др. сообщили о влиянии ионов титана на минерализацию и образование костеподобных узелков в культурах остеобластов черепной кости кролика и показали, что концентрация 10 ppm ионов титана значительно подавляла пролиферацию клеток, а концентрация менее 5 ppm не оказывала значительного влияния на пролиферацию клеток, и менее 5 ppm не влияла на количество минерализованных узелков, но отложение минералов значительно подавлялось 5 ppm ионов титана. даже если ионы титана были удалены в начале минерализации, осаждение солей кальция было подавлено в ходе последующего формирования минерализованных конкреций. В то же время, 5 ppm Ti значительно снижали уровень остеонектина (OSN) и остеопонтина (OPN) и в меньшей степени OCN, а ионы титана задерживали экспрессию мРНК ALP и генетически изменяли соотношение компонентов, необходимых для синтеза костной ткани, тем самым влияя на производство костной ткани. Остеобласты проходят три стадии формирования кости: пролиферация остеобластов, созревание внеклеточного матрикса и минерализация внеклеточного матрикса. OPN и OSN являются важными компонентами внеклеточного матрикса и участвуют в построении, пролиферации, миграции, дифференциации и адгезии внеклеточного матрикса. ALP является ранним маркером созревания внеклеточного матрикса, а остеобласты выделяют ALP и кристаллы кальция во внеклеточный матрикс, где ALP увеличивает локальное содержание фосфатов и способствует минерализации матрикса. На поздних стадиях дифференцировки остеобластов неколлагеновые белки, такие как OCN, секретируются во внеклеточный матрикс и связываются с кальцием и фосфором с аминокислотными остатками коллагена в боковых цепях молекул коллагена, образуя кристаллы гидроксиапатита. OSN участвует в инициации минерализации костей и может вызывать кристаллизацию Ca2+ и фосфатов в нестабильных растворах Ca2+ и фосфатов. Ионы титана подавляют экспрессию ALP, OSN, OPN и OCN во время дифференциации стромальных клеток костного мозга в остеобласты и во время минерализации матрикса, секретируемого остеобластами. Точный молекулярный механизм сигнализации пока не ясен. Кроме того, Norman C et al [22] изучали влияние ионов Ti4+ и V5+ на образование гидроксиапатита (HA), где высвобождение ионов титана препятствовало нормальной минерализации и восстановлению остеоида. Механизм неизвестен, но ионы титана дозозависимо снижают образование НА, связываются с кристаллической поверхностью НА и нарушают место роста кристалла, а их длительное присутствие на границе имплантата может препятствовать нормальной остеоидной минерализации и восстановлению кости на границе имплантат — кость. Одним словом, ионы титана подавляют дифференциацию остеогенных клеток-предшественников в зрелые, функциональные остеобласты, тормозят пролиферацию зрелых остеобластов, секрецию минерализованного матрикса, минерализацию и отложение солей кальция, тем самым ослабляя остеогенную способность остеобластов. Основными причинами резорбции кости на границе имплантат-кость являются: слияние большего количества остеокластических клеток-предшественников, стимулирование их дифференцировки и активация функции остеокластических клеток-предшественников, побуждая их стать функциональными зрелыми многоядерными остеокластическими клетками и продлевая срок жизни остеокластов, в дополнение к этой причине, ряд воспалительных факторов, таких как фактор некроза опухоли (TNF-a), интерлейкин-6 (IL-6) Кроме того, высвобождение ряда воспалительных факторов, таких как фактор некроза опухоли (TNF-a) и интерлейкин-6 (IL-6), еще больше способствует остеолизу. Cadosch D[23] обнаружил, что ионы титана могут хемотаксировать моноциты и индуцировать их дифференциацию в зрелые функциональные остеокласты, что приводит к остеолизу. Было установлено, что ионы титана индуцировали дифференциацию человеческих моноцитов в функциональные остеокласты у 20% населения, в то время как ионы титана не оказывали существенного влияния на функцию остеокластов, которые уже дифференцировались в присутствии M-CSF и RANK-L, и лишь слегка подавляли ее. Что касается молекулярной экспрессии, они обнаружили значительное увеличение экспрессии тартрат-резистентной кислой фосфатазы (TRAP) и гистоновой протеиназы K (CATK), увеличение количества TRAP-позитивных клеток, а также значительное увеличение экспрессии и секреции хемокинов 17 и 22 (CCL17 и 22). Экспрессия и секреция хемокинов 17 и 22 (CCL17 и 22) были значительно увеличены. Ионы титана индуцировали дифференциацию моноцитов в зрелые функциональные остеокласты, активировали экспрессию ряда генов, специфичных для зрелых остеокластов, и секрецию соответствующих белков, а также рекрутировали остеокластические клетки-предшественники в циркуляцию и индуцировали их дифференциацию в зрелые остеокласты, что может быть одним из важных механизмов асептического расшатывания. Ионы титана могут связываться с фосфорилированными белками, липидами, аденозином и т.д. Ионы титана могут связываться с определенными фосфорилированными белками, тем самым вызывая ряд неизвестных в настоящее время путей передачи сигнала, которые активируют экспрессию катепсина К и связываются со специфическими нуклеотидами для получения экспрессии некоторых генов, тем самым способствуя дифференциации моноцитов в зрелые остеокласты. дифференциация. K.G. Nichols [26] пришел к выводу, что ионы титана не усиливают и даже слегка снижают активность дифференцированных остеобластов и что они вызывают остеолиз, не способствуя резорбции кости, а вмешиваясь в остеогенез. Существует механизм взаимной регуляции между остеобластами и остеокластами, при котором остеобласты или стромальные клетки костного мозга экспрессируют рецепторный активатор лиганда NF-kB (RANKL) и колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF), которые связаны с остеолизом. RANKL на поверхности остеобластов связывается с RANK на поверхности клеток-предшественников остеокластов, запуская серию реакций, которые приводят к дифференциации и созреванию клеток-предшественников остеокластов в функциональные остеокласты и подавляют апоптоз остеокластов. Остеобласты и стромальные клетки костного мозга одновременно выделяют и экспрессируют остеопротегерин (OPG), который конкурентно связывается с RANKL, препятствуя связыванию RANKL с RANK и предотвращая чрезмерную резорбцию кости [27]. Поэтому соотношение RANKL и OPG имеет решающее значение для поддержания местного гомеостаза костного метаболизма. Ионы титана могут нарушать связь между остеокластами и остеобластами, действуя непосредственно на остеокластические клетки-предшественники и заставляя их терять контакт с остеогенными факторами, такими как M-CSF и RANKL, или нарушая баланс между RANK и OPG, что приводит к дисбалансу между остеогенезом и остеолизом и вызывает резорбцию кости. Поэтому влияние ионов титана на остеокласты отражается в основном в следующих аспектах: 1. хемотаксис и продвижение остеокластических клеток-предшественников в зрелые функциональные остеокласты; 2. низкие концентрации нелетальных доз ионов титана оказывают незначительное влияние на зрелые остеокласты, в то время как высокие концентрации ионов титана значительно подавляют их способность к резорбции кости; 3. ионы титана нарушают связь между остеокластами и остеобластами, нарушая их взаимные регуляторные механизмы, что приводит к нарушению гомеостаза костного метаболизма. В результате нарушился баланс костного метаболизма. В заключение можно сказать, что ионы титана уменьшают образование, минерализацию и восстановление костной ткани, подавляя дифференциацию остеогенных клеток-предшественников в зрелые остеобласты и подавляя экспрессию ряда цитокинов, и способствуют дифференциации остеобластных клеток-предшественников в зрелые остеокласты, не подавляя функцию остеокластов, что приводит к резорбции кости, и, возможно, вмешиваясь в связь между остеогенезом и остеолизом, что приводит к дисбалансу между остеогенезом и остеолизом. Молекулярный механизм и возможный сигнальный механизм Однако молекулярные механизмы и возможные пути передачи сигнала требуют дальнейшего изучения. Кроме того, для дальнейшего предотвращения асептического расшатывания и снижения частоты отказов, материал и поверхность имплантата должны быть обработаны для снижения высвобождения ионов металла.